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高中物理光学在实际生活的应用
刘振生光学工程在日常生活很多领域扮演着重要的角色，以愈发聪明的方法和灯具，确保效果更好、更加节能的照明.工业生产中激光处理材料，光学感应和光学通信技术，以及显示器技术，这些只是现代工业环境日益重要的一些光学技术范例.这里介绍光学的应用：彩虹的形成； 天空是蓝的，晚霞是红色的；星系谱线“红移”；全息技术的原理等等.一、彩虹的形成例1彩虹涉及的物理原理主要有（）.A.光的折射 B.光的反射C.光的色散 D.光的折射、全反射以及色散解析彩虹是气象中的一种光学现象.彩虹常在下午，雨后刚转天晴时出现.这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗.而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到.很多人一提到彩虹，就想当说是光的折射，我想说的是远远不止这么简单.它包括光的折射，全反射，以及光的散射.答案D夏日的午后，雨过天晴.在阳光照射的对面天空中，有时会显现出一个内紫外红，颜色排列有规律的半圆形彩环，就是虹，也称彩虹.很多时候会见到两条同心彩虹同时出现，上方颜色较暗的彩虹称为副虹（又称霓），下方颜色较鲜艳的彩虹称为主虹.彩虹是怎么形成的？为什么很少在中午看到出现彩虹呢？很多人都觉得奇怪.最早研究彩虹的是法国科学家笛卡儿，1637年他发表文章解释了彩虹由于太阳光射入空中的水滴里，发生了折射和反射的结果.但他不明白虹的颜色和它按一定次序排列的原因.直到1667年，英国物理学家牛顿发现太阳光通过棱镜时的色散现象后虹的颜色才得以解释.但很多人对彩虹的成因还是不理解，包括一些物理专业的学生，甚至教师.笔者经过多年的教学研究发现，通过对光路图的分析，人们对彩虹成因更容易理解.彩虹形成的光学原理：由于太阳光是一种复合光（包括：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）而这些不同颜色的色光其对应的波长不同，也就是说它们的频率是不同的.又由于频率不同的色光对于同一种介质的折射率是不同.而折射率不同的光线会发生色散现象.其光路图，如图所示：雨过天晴，太阳光照射到小水珠（球形）上，① 空气与水的折射率不同，当光线射入两种不同折射率的介质时，会发生折射.② 进入水珠里的光线由于水珠的折射率比空气的折射率更大，满足全反射的条件，当满足一定的角度时，发生全反射.③ 发生全反射的光线射出水珠，此时光线会发生散射，光线由于频率的不同甴复合光分散成七种色光：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫.当然完全有可能发生第一次全发射之后，光线还是不能射出，此时会出现第二次或者是第三次全反射.这就是彩虹形成的原因.二、天空是蓝的，晚霞是红的原理例2天空为什么是蓝的，晚霞为什么是红的？解析天空是蓝的，晚霞是红的，这是非常常见的自然现象.这现象主要是光的散射.大气虽然透明，然而空气中的分子却能够使太阳光（复合光）发生散射.而且，光的波长越短，越容易受到空气分子的散射. 即，太阳光中的紫色光和蓝色光容易发生散射.所以，当我们朝天空的某个方向望去时，就会有比较多的蓝色或紫色光射到我们的眼睛.我们的眼睛对蓝色光比紫色光更敏感，所以天空看起来是蓝色的.那么， 傍晚西方的天空为什么又是红色的？当出现晚霞时，太阳下落正位于地平线附近时，太阳光必须在大气层里通过更长的光程才能够到达我们的眼睛.在太阳光进入大气层以后，由于蓝色光的波长比较短，容易被空气分子散射，其中的蓝色光在远处早早地就被散射衰减掉了，在到达我们眼睛的太阳光中已经几乎没有蓝色光.既然进入我们眼睛的太阳光中已经没有了蓝色光和紫色光，我们看见的自然便是红色.而且，红色光尽管不容易被散射（波长较长），但是在空气中行进如此长的距离也会被散射而来到我们的眼睛.结果，傍晚从天空来到我们眼睛的就基本上只有红色光.这就是形成晚霞的原因.因为太阳光是由七种光组成的，其中红光可以传的最远，其他的都在半路被空气折射掉了.因此，天空是蓝的，晚霞是红的.三、与光衍射有关的问题例3出现沙尘暴的时候为什么天空呈现红黄的颜色？解析沙尘暴出现时天气通常呈现的是大风，这样造成天空中含有大量的粉尘颗粒，同时因为太阳光中红光和黄光的波长较长，传播的更远并且很容易发生衍射而穿过沙尘，然而太阳光中波长比较短的其他颜色的容易减，所以很难穿越粉尘颗粒这个屏障，因此我们看到的天空就呈现出红黄的颜色.即沙尘暴天空呈现红黄色利用了光的衍射原理.四、星系谱线“红移”的缘由例4请解释星系谱线的“红移”.解析星系谱线“红移”说明当前宇宙中的其它星球正在远离地球，宇宙也处于不断膨胀的状态，这种现象的主要原因是光的多普勒效应造成的.因为光的频率向红光移动，意味着光的频率在减小.当其它的星球到地球的距离不变的时，所接收到的光的频率也是固定的，当接收到从其它星球射来的光的频率在减小时，这表明其它星球正在远离地球.五、全息技术的应用例5全息技术所运用的光学原理是什么？解析全息技术的光学原理主要有两个：光的干涉与光的衍射.全息技术第一步是利用光的干涉原理记录物体光波信息，此时是拍摄过程：被拍摄物体在激光辐射下形成漫射式的物光束；而另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，与物光束叠加形成干涉，把物体光波上各点的相位和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的间隔将物体光波的信息记录下来.记录着的干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图 ；其第二步是利用光的衍射原理再现物体光波信息， 即成象过程：全息图在相干激光照射下，全息图的衍射光波一般可给出两个像，即原始像和共轭像.再现的图象立体感强，具有真实的视觉效果.全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，所以它的每一部分都能再现原物的整个图象.这就是全息技术的光学原理.
光学工程在日常生活很多领域扮演着重要的角色，以愈发聪明的方法和灯具，确保效果更好、更加节能的照明.工业生产中激光处理材料，光学感应和光学通信技术，以及显示器技术，这些只是现代工业环境日益重要的一些光学技术范例.这里介绍光学的应用：彩虹的形成； 天空是蓝的，晚霞是红色的；星系谱线“红移”；全息技术的原理等等.一、彩虹的形成例1彩虹涉及的物理原理主要有（）.A.光的折射 B.光的反射C.光的色散 D.光的折射、全反射以及色散解析彩虹是气象中的一种光学现象.彩虹常在下午，雨后刚转天晴时出现.这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗.而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到.很多人一提到彩虹，就想当说是光的折射，我想说的是远远不止这么简单.它包括光的折射，全反射，以及光的散射.答案D夏日的午后，雨过天晴.在阳光照射的对面天空中，有时会显现出一个内紫外红，颜色排列有规律的半圆形彩环，就是虹，也称彩虹.很多时候会见到两条同心彩虹同时出现，上方颜色较暗的彩虹称为副虹（又称霓），下方颜色较鲜艳的彩虹称为主虹.彩虹是怎么形成的？为什么很少在中午看到出现彩虹呢？很多人都觉得奇怪.最早研究彩虹的是法国科学家笛卡儿，1637年他发表文章解释了彩虹由于太阳光射入空中的水滴里，发生了折射和反射的结果.但他不明白虹的颜色和它按一定次序排列的原因.直到1667年，英国物理学家牛顿发现太阳光通过棱镜时的色散现象后虹的颜色才得以解释.但很多人对彩虹的成因还是不理解，包括一些物理专业的学生，甚至教师.笔者经过多年的教学研究发现，通过对光路图的分析，人们对彩虹成因更容易理解.彩虹形成的光学原理：由于太阳光是一种复合光（包括：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）而这些不同颜色的色光其对应的波长不同，也就是说它们的频率是不同的.又由于频率不同的色光对于同一种介质的折射率是不同.而折射率不同的光线会发生色散现象.其光路图，如图所示：雨过天晴，太阳光照射到小水珠（球形）上，① 空气与水的折射率不同，当光线射入两种不同折射率的介质时，会发生折射.② 进入水珠里的光线由于水珠的折射率比空气的折射率更大，满足全反射的条件，当满足一定的角度时，发生全反射.③ 发生全反射的光线射出水珠，此时光线会发生散射，光线由于频率的不同甴复合光分散成七种色光：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫.当然完全有可能发生第一次全发射之后，光线还是不能射出，此时会出现第二次或者是第三次全反射.这就是彩虹形成的原因.二、天空是蓝的，晚霞是红的原理例2天空为什么是蓝的，晚霞为什么是红的？解析天空是蓝的，晚霞是红的，这是非常常见的自然现象.这现象主要是光的散射.大气虽然透明，然而空气中的分子却能够使太阳光（复合光）发生散射.而且，光的波长越短，越容易受到空气分子的散射. 即，太阳光中的紫色光和蓝色光容易发生散射.所以，当我们朝天空的某个方向望去时，就会有比较多的蓝色或紫色光射到我们的眼睛.我们的眼睛对蓝色光比紫色光更敏感，所以天空看起来是蓝色的.那么， 傍晚西方的天空为什么又是红色的？当出现晚霞时，太阳下落正位于地平线附近时，太阳光必须在大气层里通过更长的光程才能够到达我们的眼睛.在太阳光进入大气层以后，由于蓝色光的波长比较短，容易被空气分子散射，其中的蓝色光在远处早早地就被散射衰减掉了，在到达我们眼睛的太阳光中已经几乎没有蓝色光.既然进入我们眼睛的太阳光中已经没有了蓝色光和紫色光，我们看见的自然便是红色.而且，红色光尽管不容易被散射（波长较长），但是在空气中行进如此长的距离也会被散射而来到我们的眼睛.结果，傍晚从天空来到我们眼睛的就基本上只有红色光.这就是形成晚霞的原因.因为太阳光是由七种光组成的，其中红光可以传的最远，其他的都在半路被空气折射掉了.因此，天空是蓝的，晚霞是红的.三、与光衍射有关的问题例3出现沙尘暴的时候为什么天空呈现红黄的颜色？解析沙尘暴出现时天气通常呈现的是大风，这样造成天空中含有大量的粉尘颗粒，同时因为太阳光中红光和黄光的波长较长，传播的更远并且很容易发生衍射而穿过沙尘，然而太阳光中波长比较短的其他颜色的容易减，所以很难穿越粉尘颗粒这个屏障，因此我们看到的天空就呈现出红黄的颜色.即沙尘暴天空呈现红黄色利用了光的衍射原理.四、星系谱线“红移”的缘由例4请解释星系谱线的“红移”.解析星系谱线“红移”说明当前宇宙中的其它星球正在远离地球，宇宙也处于不断膨胀的状态，这种现象的主要原因是光的多普勒效应造成的.因为光的频率向红光移动，意味着光的频率在减小.当其它的星球到地球的距离不变的时，所接收到的光的频率也是固定的，当接收到从其它星球射来的光的频率在减小时，这表明其它星球正在远离地球.五、全息技术的应用例5全息技术所运用的光学原理是什么？解析全息技术的光学原理主要有两个：光的干涉与光的衍射.全息技术第一步是利用光的干涉原理记录物体光波信息，此时是拍摄过程：被拍摄物体在激光辐射下形成漫射式的物光束；而另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，与物光束叠加形成干涉，把物体光波上各点的相位和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的间隔将物体光波的信息记录下来.记录着的干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图 ；其第二步是利用光的衍射原理再现物体光波信息， 即成象过程：全息图在相干激光照射下，全息图的衍射光波一般可给出两个像，即原始像和共轭像.再现的图象立体感强，具有真实的视觉效果.全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，所以它的每一部分都能再现原物的整个图象.这就是全息技术的光学原理.
光学工程在日常生活很多领域扮演着重要的角色，以愈发聪明的方法和灯具，确保效果更好、更加节能的照明.工业生产中激光处理材料，光学感应和光学通信技术，以及显示器技术，这些只是现代工业环境日益重要的一些光学技术范例.这里介绍光学的应用：彩虹的形成； 天空是蓝的，晚霞是红色的；星系谱线“红移”；全息技术的原理等等.一、彩虹的形成例1彩虹涉及的物理原理主要有（）.A.光的折射 B.光的反射C.光的色散 D.光的折射、全反射以及色散解析彩虹是气象中的一种光学现象.彩虹常在下午，雨后刚转天晴时出现.这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗.而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到.很多人一提到彩虹，就想当说是光的折射，我想说的是远远不止这么简单.它包括光的折射，全反射，以及光的散射.答案D夏日的午后，雨过天晴.在阳光照射的对面天空中，有时会显现出一个内紫外红，颜色排列有规律的半圆形彩环，就是虹，也称彩虹.很多时候会见到两条同心彩虹同时出现，上方颜色较暗的彩虹称为副虹（又称霓），下方颜色较鲜艳的彩虹称为主虹.彩虹是怎么形成的？为什么很少在中午看到出现彩虹呢？很多人都觉得奇怪.最早研究彩虹的是法国科学家笛卡儿，1637年他发表文章解释了彩虹由于太阳光射入空中的水滴里，发生了折射和反射的结果.但他不明白虹的颜色和它按一定次序排列的原因.直到1667年，英国物理学家牛顿发现太阳光通过棱镜时的色散现象后虹的颜色才得以解释.但很多人对彩虹的成因还是不理解，包括一些物理专业的学生，甚至教师.笔者经过多年的教学研究发现，通过对光路图的分析，人们对彩虹成因更容易理解.彩虹形成的光学原理：由于太阳光是一种复合光（包括：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）而这些不同颜色的色光其对应的波长不同，也就是说它们的频率是不同的.又由于频率不同的色光对于同一种介质的折射率是不同.而折射率不同的光线会发生色散现象.其光路图，如图所示：雨过天晴，太阳光照射到小水珠（球形）上，① 空气与水的折射率不同，当光线射入两种不同折射率的介质时，会发生折射.② 进入水珠里的光线由于水珠的折射率比空气的折射率更大，满足全反射的条件，当满足一定的角度时，发生全反射.③ 发生全反射的光线射出水珠，此时光线会发生散射，光线由于频率的不同甴复合光分散成七种色光：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫.当然完全有可能发生第一次全发射之后，光线还是不能射出，此时会出现第二次或者是第三次全反射.这就是彩虹形成的原因.二、天空是蓝的，晚霞是红的原理例2天空为什么是蓝的，晚霞为什么是红的？解析天空是蓝的，晚霞是红的，这是非常常见的自然现象.这现象主要是光的散射.大气虽然透明，然而空气中的分子却能够使太阳光（复合光）发生散射.而且，光的波长越短，越容易受到空气分子的散射. 即，太阳光中的紫色光和蓝色光容易发生散射.所以，当我们朝天空的某个方向望去时，就会有比较多的蓝色或紫色光射到我们的眼睛.我们的眼睛对蓝色光比紫色光更敏感，所以天空看起来是蓝色的.那么， 傍晚西方的天空为什么又是红色的？当出现晚霞时，太阳下落正位于地平线附近时，太阳光必须在大气层里通过更长的光程才能够到达我们的眼睛.在太阳光进入大气层以后，由于蓝色光的波长比较短，容易被空气分子散射，其中的蓝色光在远处早早地就被散射衰减掉了，在到达我们眼睛的太阳光中已经几乎没有蓝色光.既然进入我们眼睛的太阳光中已经没有了蓝色光和紫色光，我们看见的自然便是红色.而且，红色光尽管不容易被散射（波长较长），但是在空气中行进如此长的距离也会被散射而来到我们的眼睛.结果，傍晚从天空来到我们眼睛的就基本上只有红色光.这就是形成晚霞的原因.因为太阳光是由七种光组成的，其中红光可以传的最远，其他的都在半路被空气折射掉了.因此，天空是蓝的，晚霞是红的.三、与光衍射有关的问题例3出现沙尘暴的时候为什么天空呈现红黄的颜色？解析沙尘暴出现时天气通常呈现的是大风，这样造成天空中含有大量的粉尘颗粒，同时因为太阳光中红光和黄光的波长较长，传播的更远并且很容易发生衍射而穿过沙尘，然而太阳光中波长比较短的其他颜色的容易减，所以很难穿越粉尘颗粒这个屏障，因此我们看到的天空就呈现出红黄的颜色.即沙尘暴天空呈现红黄色利用了光的衍射原理.四、星系谱线“红移”的缘由例4请解释星系谱线的“红移”.解析星系谱线“红移”说明当前宇宙中的其它星球正在远离地球，宇宙也处于不断膨胀的状态，这种现象的主要原因是光的多普勒效应造成的.因为光的频率向红光移动，意味着光的频率在减小.当其它的星球到地球的距离不变的时，所接收到的光的频率也是固定的，当接收到从其它星球射来的光的频率在减小时，这表明其它星球正在远离地球.五、全息技术的应用例5全息技术所运用的光学原理是什么？解析全息技术的光学原理主要有两个：光的干涉与光的衍射.全息技术第一步是利用光的干涉原理记录物体光波信息，此时是拍摄过程：被拍摄物体在激光辐射下形成漫射式的物光束；而另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，与物光束叠加形成干涉，把物体光波上各点的相位和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的间隔将物体光波的信息记录下来.记录着的干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图 ；其第二步是利用光的衍射原理再现物体光波信息， 即成象过程：全息图在相干激光照射下，全息图的衍射光波一般可给出两个像，即原始像和共轭像.再现的图象立体感强，具有真实的视觉效果.全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，所以它的每一部分都能再现原物的整个图象.这就是全息技术的光学原理.
理科考试研究·高中
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